Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология

Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предыдущая

8. Организм и условия его существования

Организм в популяции

Живым организмом называют белковое тело, осуществляющее обмен веществ с окружающей средой и способное к самовоспроизведению. Организм - это живая система, являющаяся единицей биогенного круговорота веществ. Жизнедеятельностью организма управляют системные законы. С организма начинается круговорот веществ в природе, обмен информацией и энергией.

Основными признаками организма являются: высокоупорядоченное строение, получение энергии из окружающей среды, использование энергии на поддержание и увеличение своей упорядоченности, активная реакция на окружающую среду, индивидуальное развитие, размножение. Организм испытывает внутренний круговорот веществ, испытывает динамику - изменение характеристик со временем. Организм неразрывно связан со средой обитания, наблюдается взаимное влияние.

Экологические факторы

Экологи говорят, что на организм действуют ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ:

1. АБИОТИЧЕСКИЕ, отражающие влияние неживой природы. К ним относятся свет, температура, влажность, ветер, состав воздуха, давление, течения, долгота дня, состав почвы, соленость воды.

2. БИОТИЧЕСКИЕ, которые представляют влияние других организмов (животных и растений) на выбранный. К ним относятся конкуренция (выживает сильнейший), взаимодействие между популяциями (хищничество, паразитизм, симбиоз), отношения между полами.

3. АНТРОПОГЕННЫЕ, представляющие влияние человеческой деятельности на природные организмы. К ним относятся техногенные: электромагнитные поля, радиация, загрязнение, подтопление, осушение, беспокойство.

Всегда действует правило соответствия организма той среде, в которой он живет. Рассмотрим влияние абиотических факторов на организм. Любой организм может существовать в определенном интервале температур, солености, влажности, составе атмосферы. Речные рыбы не живут в морях, луговые травы не расту в высокогорье, белые медведи не водятся в Африке.

Для отдельного организма существует свой диапазон изменения абиотического фактора, благоприятный для него, - диапазон выносливости или ТОЛЕРАНТНОСТИ. При этом рост и развитие организма подчиняется не тому фактору, которого много, а тому, которого мало (правило Либиха). Диапазон толерантности организма к лимитирующему фактору узок, к нему наблюдается максимальная чувствительность. Действует принцип ограничивающего фактора при минимальном значении любого экологического фактора и при его максимальном значении.

Закон Либиха – Шелфорда

ЗАКОН ЛИБИХА-ШЕЛФОРДА формулируется следующим образом: лимитирующим фактором развития организма может быть как минимум, так и максимум экологического фактора: диапазон между ними определяет величину толерантности организма. Для каждого отдельного организма существует свой набор экологических факторов. Для растений это свет, температура, влажность, состав почвы. Для животных - свет, температура, пища. Экологическая кривая зависимости комфорта растений от температуры воздуха представлена на рис.8.1.

Анализ данного рисунка показывает, что имеется одна зона оптимума, где организм чувствует себя лучше всего и численность популяции наибольшая; две - пессимума, где организм чувствует себя хуже, но еще способен существовать. По оси ординат на рис. 8.1 указана численность живых организмов, а по оси абсцисс - температура.

Диапазон толерантности растений к температуре  определяется  разницей между самой высокой и самой низкой температурой, при которой растения еще могут существовать.

Следствия закона Либиха-Шелфорда:

1.  Организмы могут иметь широкие границы устойчивости в отношении одного фактора и узкие - в отношении другого

2.  Организмы с широкими границами толерантности ко всем факторам обычно широко распространены

3.  Период размножения является критическим: в этот период многие факторы становятся лимитирующими. Пример: взрослый кипарис может расти и на сухом нагорье, и в болотистой почве. Но размножается только там, где почва влажная, но незаливаемая.

На организмы действует принцип РАВНОЗНАЧНОСТИ: все экологические факторы, необходимые для жизни организма, играют одинаковую роль. Толерантность организмов зависит от их возраста и пола. Обычно более толерантны особи среднего возраста мужского пола.

ПРАВИЛО ГЕОДЕКЯНА: женский организм более чуток к экологическим факторам, границы его толерантности уже, чем у мужского.

Один и тот же экологический фактор по-разному влияет на различные функции организма: оптимум для одних есть пессимум для других (ЗАКОН СЕЛЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРА). Например, соленость пищи не важна для дыхания, зато имеет большое значение для пищеварения у людей.

ПРАВИЛО ФАЗОВЫХ РЕАКЦИЙ: малые концентрации токсинов действуют на организм в направлении усиления функций, а более высокие концентрации угнетают и приводят к смерти. Например, плодовитость млекопитающих (особенно мышей и крыс) повышалась на величину от 15 до 100 % при облучении от 0.1 до 1.5 Грей, а длительность жизни увеличивалась; вредное же действие наблюдалось при 1-2 Грей. 1 Гр = 1Дж / 1кг - единица дозы излучения.

ПРАВИЛО ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОПТИМУМА: экологические факторы обитания вида оптимальны в центре ареала. То есть в центре ареала наблюдается наибольшая численность популяции. Здесь под экологическими факторами следует понимать биотические плюс абиотические. Биотическим фактором может быть конкуренция, хищники. При этом ареал должен быть сплошным, не прерывистым и не изменчивым, как в случае мигрирующих организмов. Последний закон связывает экологические факторы между собой и действует на уровне популяции, а не отдельного организма.

Действие абиотических факторов на организмы

Рассмотрим подробнее действие абиотических факторов.

1. СВЕТ. Диапазон длин волн солнечного излучения широк:  инфракрасное излучение ИК (экологический фактор - температура), видимое излучение (свет), ультрафиолетовое ионизирующее УФ (экологический фактор - радиация).  Состав  лучистой  энергии:  ИК – 45 %, видимый свет – 45 %,  УФ – 10 %. Солнечная энергия определяет фотосинтез растений, который является главным процессом биогенного круговорота веществ в биосфере. Для фотосинтеза необходимо излучение диапазона длин волн от 380 до 740 нм. Интенсивность фотосинтеза определяет продуктивность экосистемы. Кроме того, поступление солнечной энергии зависит от сезона года и времени суток, определяя биологический ритм жизни живых существ. Реакция живых существ на соотношение светлого и темного периода суток называется фотопериодизмом. В умеренных и полярных широтах распространены длиннодневные растения, в субтропиках - короткодневные. Фотопериодизм у растений определяет цветение, образование плодов и клубней, у животных - плодовитость, линьку, спячку. Примеры влияния сезонности и долготы дня на жизнь животных: у животных в неблагоприятный период наблюдается диапауза - снижение скорости обмена веществ (спячка). Сильное замедление обмена веществ, при котором отсутствуют видимые признаки жизни, называется анабиозом. Свет определяет внешний обмен энергией организма с окружающей средой и внутренний обмен веществ организма.

2. ТЕМПЕРАТУРА. Влияет на выживаемость, толерантность, плодовитость, количество потребляемой пищи. Большинство животных могут существовать только в интервале температур от 0 до 50 оС (диапазон толерантности к температуре), однако встречаются бактерии, выдерживающие температуры –200 оС и +200 оС. Температура влияет на обмен энергией (теплообмен) организма с окружающей средой и является катализатором внутреннего обмена веществ (синтез и расщепление высокомолекулярных соединений).

3. ВЛАЖНОСТЬ. Влажность атмосферы (содержание паров воды в атмосфере) важна для растений, поскольку они поглощают воду поверхностями листьев и стеблей. Этот фактор является лимитирующим для растений. Для животных это важный экологический фактор.

4. ВОДА. Это важный экологический фактор для организмов водных экосистем. В пресноводных экосистемах играет роль прозрачность, газовый состав, плотность, течение, показатель кислотности рН. В морских экосистемах определяющим фактором является еще и соленость. Содержание кислорода в воде является лимитирующим фактором для рыб. Этот фактор определяет обмен веществом с окружающей средой (водный обмен) и влияет на внутренний обмен веществ.

5. РАДИАЦИЯ. Вспомните закон накопления токсинов и радиации в пирамиде энергий. Этому закону подчиняется любой организм, в том числе человеческий, при воздействии радиации. Поглощенная доза накапливается в костном мозге, вызывая необратимые болезненные изменения организма. Чем организованнее организм, тем больше накопление в пирамиде, то есть человек страдает больше всех. В экосистемах ионизирующие излучения воспринимаются и задерживаются растениями. Действует правило фазовых реакций.

6. КИСЛОРОД. Для сухопутных организмов имеет значение содержание кислорода в воздухе, для водных - в воде. Является лимитирующим фактором для всех организмов. Определяет обмен веществом (газообмен) с окружающей средой в воздухе, почве, водоемах. Важен для обмена веществ в организме, так как кислород входит в восстановительно-окислительные реакции, служащие источником энергии для организма.

Как влияет организм на окружающую среду? Любой организм изменяет среду своего обитания. Растения обогащают воздух кислородом, используют углекислый газ, образуют опад, являющийся пищей для бактерий, снижают освещенность, задерживают осадки, ослабляют радиацию. Их корневая система изменяет состав почвы, разрыхляет ее. Землероющие животные (ондатры, землеройки, кроты) и черви также изменяют состав почвы. Многие водоросли, бактерии  и моллюски накапливают элементы периодической системы (кремний, йод, стронций, цинк, марганец), образуя за миллионы лет осадочные породы и полезные ископаемые.

Тест

1. К абиотическим факторам относятся:

1. Конкуренция.

2. Радиация.

3. Кислотность среды.

2. К биотическим факторам относятся:

1. Хищничество.  

2. Температура.

3. Электромагнитные поля.

3. К антропогенным факторам относятся:

1. Паразитизм.

2. Загрязнение атмосферы.

3. Соленость воды.

4. Закон Либиха-Шелфорда на графике выглядит как:

1. Экспонента.

2. Колоколообразная кривая.

3. Гармоническая функция.

5. Лучше других выживают и широко распространены организмы:

1. С широким диапазоном толерантности к свету.

2. С узким диапазоном толерантности к температуре.

3. С широким диапазоном толерантности к влажности.

4. С широким диапазоном толерантности ко всем экологическим факторам.

6. На изменение толерантности организма влияют:

1. Внешние условия.

2. Внутренние особенности  организма.

3. Не зависит и не меняется.

7. Лимитирующим фактором для растений является:

1. Температура.

2. Свет.

3. Влажность.

4. Конкуренция.

8. Лимитирующим фактором для животных является:

1. Свет.

2. Влажность.

3. Содержание О2 в атмосфере.

4. Хищники.

9. Лимитирующим фактором для рыб является:

1. Содержание О2 в воде.

2. Температура воды.

3. Плотность воды.

10. Лимитирующим фактором для человека является:

1. Температура.

2. Уровень радиации.

3. Пища.

4. Свет.

Предыдущая